★ FEATURED ARTICLE 1. 电流与电压正电荷的受力方向与电场方向相同负电荷的受力方向与电场方向相反。图中左侧是六个电子电子带负电电场方向为从无穷远处指向电子正电荷的电场方向则是从自身指向无穷远处有了电压电子才能持续且定向的移动起来所以电压是形成电流的必要条件。电压越大能定向运动的电子就越多电流就会越大。2. 电阻如果一个导体的电阻接近0再给它接上电压会咋样这是一个非常经典的问题本质是在问短路为什么危险。根据欧姆定律IU/R如果一个导体的电阻接近0理论上电流会趋近于无穷大。但是现实中不存在真正 R0R0R0 的普通导体都会有一点电阻。假设电源U5V导线总电阻R0.01Ω那么电流则为5/0.01500A这是非常大的电流电流通过导体会产生热量P(I^2)*R500W短时间内就可能导线发热、绝缘皮融化。3. 电路4. 直流电与交流电5. 弱电与强电6. 家庭电路零线电势始终为0如果人站在地上摸零线不会形成电势差就不会形成电流故不会被电。但也不能摸零线万一线路损坏就完蛋。漏电保护器通过判断火线出去的电流和零线回来的电流大小是否相等来判断是否漏电如果零线回来的电流明显小于火线出去的电流说明有部分电流肯定走了别的地方此时应立即跳闸。7. 串联电路与并联电路串联分压并联分流。分析电路电压经常要用到并联电阻总阻值的公式来计算等效电阻计算电势。8. 仿真软件CircuitSimulator从课程给的网盘里下载。可以在绘制里添加器件也可用上面显示快捷键比如按w进入添加导线的状态按ESC可退出添加器件的状态双击器件可设置器件的属性比如电阻、电压。9. 电功率10. 焦耳定律11. 公式梳理这里红色的公式一个是欧姆定律它的使用有局限性只能适用于纯电阻电路因为非纯电阻电路比如电风扇欧姆定律是拿电压除以电阻算电流但是电风扇除了电阻消耗电能风扇的旋转本身也会消耗电能欧姆定律无法体现这部分能量消耗所以不适用。其余几个红色的公式都是在欧姆定律的基础上加上电功率公式或焦耳定律公式推导出来的既然由欧姆定律推导而来那自然也是只适用于纯电阻电路。绿色的公式表示适用于所有电路。12. 元器件封装方式这里左边的51单片机用的是插件封装右边的51是贴片封装显然右边要小很多。大部分情况下用的贴片封装方式比较多如电脑主板。元器件的采购可以在立创商城_一站式电子元器件和MRO工业品采购商城_嘉立创电子商城13. 直流稳压电源与数字电源1. 直流稳压电源正面的显示屏用于显示电压和电流大小下面的VOLTAGE旋钮用于调节输出电压大小CURRENT旋钮用于调节最大输出电流下面是电压的正负极调节好电流电压后按一下output按钮才会开始输出电流。正常转旋钮调节的是电流和电压数值小数点前一位数按一下旋钮调节的是最后一位数。电压设置表示的是设置多少V的输出电压电流设置表示最大设置多少A的输出电流比如这里设置3.3V电压0.5A电流如果接一个3.3Ω的电阻那么根据欧姆定律它的电流应该是1A但是这里设置了最大为0.5A电流所以它只能输出0.5A电流。后面分别是电源插口和电源开关接220V交流电输出的是直流电。2. 数字电源这个是集成度比较高的数字电源它也可以向外输出电压与电流上面右侧的线是电源线左侧的是数据线所以它实际上还可以用电脑来设置电压和电流参数也可以通过本身的旋钮和按钮调整。①按钮调节现在屏幕上显示了五个蓝色图标对应下面5个按钮第一个按钮是Modify即调整按钮所以按下对应的最左侧按钮即可进入调节电压的模式此时旋转右侧上方的Menu旋钮即可旋转调节哪一位的电压比如是小数点前面哪一位还是后面的尾数选好之后再旋转右侧下方的Value旋钮即可调整该位的数值。调节电流时按一下蓝色BackWard图标对应的按钮往回退一下即可开始调节电流操作同上。电压电流都调整完了按一下蓝色back图标对应的按钮代表退出编辑模式。和直流稳压电源一样调整好数值之后还得手动按一下启动按钮才会开始输出电流启动按钮为下图中的RUN按钮。②上位机软件调节上位机软件就是运行在电脑PC上的软件用来和嵌入式设备、单片机、机器人等进行通信和控制。对应的概念是上位机Host电脑端。下位机Slave / Device单片机、嵌入式设备这里可以在红框区域修改电流电压和启动开关。14. 电阻概述注意点电阻的外观大小和阻值没有必然联系外观大小通常和功率有关。从本节开始正式进入各种元器件的学习以后对于元器件的了解都要依赖于查官方的数据手册。15. 固定电阻——线绕电阻1. 外观这两种都是常见的线绕电阻。第一种这里10W是指它的功率是10W100R指的是电阻为100ΩJ代表精度代表正负百分之五的精度这里暂不学怎么看什么字母代表什么精度第二种它没有直接写出相关信息而是通过色环的形式去了解这里暂不学怎么看色环2. 制造工艺线绕电阻其实就是把电阻丝绕在绝缘骨架上想要电阻大一点就选电阻率大的材料把电阻丝做长一点多绕两圈。3. 特点消去寄生电容、电感的电阻叫做无感电阻。16. 固定电阻——碳膜电阻1. 外观长得有点像线绕电阻至于怎么区分是哪种类型的电阻那就要看购买时厂家标记的是哪一种电阻了。2. 制造工艺3. 特点17. 固定电阻——金属膜电阻1. 外观碳膜电阻一般是四色环电阻金属膜电阻一般是五色环电阻。2. 制造工艺3. 特点18. 固定电阻——贴片电阻1. 外观图三是在显微镜下看的是不同封装尺寸的贴片电阻所以大小不一样。2. 制造工艺贴片电阻可分为厚膜电阻和薄膜电阻他俩的主要区别就在于电阻层不同。3. 特点4. 封装尺寸贴片电阻有一些常见的封装尺寸如这里的0805就代表长度0.08英寸宽度0.05英寸。19. 固定电阻——金属箔电阻1. 外观2. 制造工艺这里的虚线箭头就是电流的行进路线。3. 特点性能这块非常强但是也非常贵。20. 可调电阻1. 外观第一排三个蓝色的是多圈可调电阻旋转黄色旋钮即可调整阻值。第二排三个是单圈可调电阻第二个可以上下左右拨动经常做遥控飞机或遥控车的手柄第三个则经常做收音机的音量调节旋钮。第三排是一个滑动式电阻比如电台里的某些设备就用这个。2. 结构图一把引脚A和引脚C接入电路那么就相当于把它当做固定电阻用图二把引脚A和引脚B接入电流就可以通过改变滑片的位置即旋转旋钮控制阻值的大小。3. 电位器用法可调电阻又称电位器电位器就是用来调节电压的。它可以单纯的用来调节电阻控制电流大小也可以作为电位器去调节A、B点之间的电压。作为电位器使用时三个引脚都得用上A和C接电源然后测量引脚A和B之间电压滑动滑片就能看到A、B引脚之间的电压变化。21. 特种电阻——保险丝/熔断器1. 概述2. 外观这个从红框左下角到右上角的这根就是保险丝超过额定电流会熔断。熔断之后可以看电路电流会归零。22. 特种电阻——光敏电阻1. 概述暗电阻这里之所以是10秒是因为光线突然变暗后电阻的变化也是需要时间的不是立刻飙上去的厂家的标准是10秒。光敏电阻不适合线性操作因为光照强度变化和阻值变化速度不成比例阻值变化速度是不均匀的。2. 外观23. 特种电阻——压敏电阻1. 概述给压敏电阻施加一个电压电压较小时几乎没有电流通过此时它的电阻很大当电压加到某一个值有一定电流1mA或0.1mA具体用哪个标准需要看厂家手册如上面手册图这里是用的1mA做标准通过了此时说明它的电阻在此时骤然降了很多此时的这个拐点处的电压值就是该压敏电阻的压敏电压。2. 外观这有两个插件、一个贴片的压敏电阻3. 简单应用这是压敏电阻保护电路的一个应用当电压过高压敏电阻电阻会极速下降直接相当于导线那与它并联的电路就被短路了被保护起来不受损坏为了保护电源安全又加了个熔断器防止电流过大烧毁电源熔断器经过大电流会直接熔断。24. 电阻阻值识别1. 直标如20RK就代表20Ω、10%的精度。2. 3位数字代码用三位数字代码方式表示阻值的那它的精度就是5%。3R3就代表3.3Ω。3. 4位数字代码用四位数字代码方式表示阻值的那它的精度就是1%。4. 精密标注先查两位数50对应数值为324B代表乘10的一次方后面加一个0。5. 色环色环法要查表而且看颜色很麻烦也不好看有万用表的话直接测比较方便或者查手册也行。25. 电容1. 充电与放电电容器就是一个可以暂时存储电荷电能的元件当电源接通电场就会建立此时电源正极为高电势负极为低电势电场方向为高低势到低电势而电子带负电所以导线和左侧电容上的电子会不断移向电源正极电源负极及导线上的电子会不断移向右侧电容于是电容两侧极板上的电势差就会越来越大当极板间的电势差与电源电压相同时就达到了平衡状态这个过程称为电容的充电过程且这个充电过程是越来越慢的。如果电源的电压很大一直给电容充电那么电容可能会撑不住直接击穿两极板之间的空气并放电烧毁电容所以常常给电容极板之间加入电介质绝缘材料如陶瓷、云母等。电容的充满不像水杯一样有一个固定的值而是当电容电压与电源电压相同时就称之为充满。充电完成后撤掉电源换个led灯此时电容器就成为电源左侧极板为电源正极电子开始流动形成电流这个过程称为电容的放电过程。对电容放电时尽量做好保护措施比如串联一个电阻不然直接让电容正负极相通相当于短路放电的时候瞬间的放电还是很猛的尤其是高额定电压和高容量的电容很危险。在仿真软件中可以右键电容器在示波器里查看该过程也可右键示波器区域点击属性减小刻度这样曲线能看得更精细更清楚示波器这个图描述的是电容充电过程中的电压和电流变化所以也把这个图叫做电容器充电时的伏安特性曲线。2. 电容的决定式3. 电容的定义式与单位电容的定义式本质是在说我给这个电容加一个多少伏的电压时它能存储多少电荷量。而容值C本身只是人为定义的一个抽象的定义用于描述这个电容装电荷的能力单位为法拉F相同电压下装的电荷越多说明装电荷能力越强C越大装入相同电荷量时所需电压越小说明装电荷能力越强C越大。也可以看出容值不同时充入相同的电荷量电容的电压也是不同的容值小的电容电压会更大。当然电容也不能无线充电它有额定电压你最多给它用这个电压充电并充满再高就可能爆炸。4. 常见电容以下四列分别是陶瓷电容、电解电容、可调电容、超级电容。电解电容区分正负极长引脚的是正极短引脚的是负极。其中第三个电解电容翻过来后两引脚长度相同要区分正负极还是再翻过来看这里的正面有黑色标记的一侧就是负极。5. 隔直流通交流隔直流在用直流电源充电时可以看到在刚开启电源时小灯泡是亮的然后逐渐变暗直到熄灭。这是因为刚开始电容在充电整个电路相当于是有电流在流动的所以会亮但是随着电越充越多电容右侧极板上的电子越积越多对电源送来的电子的斥力越来越强此时电路的电流也会越来越小灯泡越来越暗直到电容充满其电压与电源电压相平衡此时电容这里就相当于是断路灯泡熄灭。所谓隔直流其实指的是电容充满后电容会阻隔直流电的通过相当于断路。通交流在用交流电做电源时由于电流方向是不断变化的相当于电源在不停的变换正负极还没等充满呢正负极就交换了开始放电所以此时的电容就是在不停地充放电电路中始终有电流通过。所谓通交流指的就是电容不会保持充满电的状态电路中一直有电流通过。ps家里的灯用的是频率50HZ的交流电所以每秒钟会有100次电压为0那按理说灯应该灭所以看起来灯应该是频闪的但实际上灯泡是有热惰性的灯丝上的热量不会瞬间散去所以0V时灯泡此时还会亮看着就不会一闪一闪的。而如果换成LED灯是没有热惰性的所以必然会出现频闪现象。电压220V指的是等效电压真实最高电压是311V311V /\ /\/ \ / \/ \ / \0V ------/------\--/------\-------/ \/ \-311V这一整套过程叫做一个周期:0V→ 311V→ 0V→ -311V→ 回到0V6. 容抗与阻抗和电阻类似电容对电流也是有阻碍作用的且随着充电时间变长这个阻碍作用便越强电容对电流的这种阻碍作用我们称之为容抗。区别在于电阻阻碍电流会发热电容不发热。容抗是交流电的概念因为电容在充满后对直流电就相当于断路交流电才能顺利通过。当电源想升高电压时需要先给电容充电才能顺利升上去而电源想降低电压时也需要先给电容放电所以这就是电容的容抗会对电压升降有阻碍作用。容抗是阻抗的一种阻抗包含电阻、容抗、感抗三种。7. 半波整流①半波整流把交流电变成直流电的过程叫做整流而交流电如正弦交流电是有正半周期和负半周期的这两个周期内的电流方向相反把其中一半周期的电流给过滤掉而只保留另外一半周期的电流的操作就叫做半波整流半波整流也是整流所以处理后的电流就是方向相同的直流电。如下图利用一个二极管即可实现半波整流。②滤波把来回变动不稳定的电压变稳定的过程叫做滤波。平滑半波整流后的电流方向虽然一致了成为了直流电但是电压依旧在上下变动所以此时可以加个电容在先充电后放电让电压曲线变得平稳电容容值越大越稳。如下图就是利用电容在负半周期放电为灯泡功能。这里从示波器可以看出当交流电压达到最大值此时电容也充满了其电压值也与电源的最大值相同然后电源电压会开始下降于是电源电压便小于了电容电压值此时电容开始放电放电越多电容电压就下降越多直到下个周期电源电压重新开始上升并且开始超过电容的剩余电压此时会再次进入充电状态。但是可以看到作为直流电电容的电压变化依然很大那电流也会随之减小不够稳定滤波效果稍微差一些要解决这个问题只需要换个大容量的电容如下图这里把原本20uF的电容换成200uF这样放出同样的电量电压下降值就会小很多如果电容足够大那么基本就是一条直线从而实现稳定的交流转直流效果。补充前面的例子中可以看出在电源电压刚开始下降的时候电容就接管了这说明电容确实充满了那电容一定每次都是这样可以充满吗当然不是电容充满的速度取决于电流的大小和电容本身的容量在电容不变的条件下我们可以给电容串个200欧姆的电阻来控制电流让它小一点这样就能使电容在第一次充电后并没有达到充满状态它的电压小于电源的峰值电压从示波器也可以看出当电源电压下降到一定程度电容才接手然后后面的充电过程电容依旧会接着充电由于其本身还有残余电量所以接着充的话电容电压也会越来越高下图的示波器中也可以看出第二次充电后电容电压会比第一次高些直到充满。但是这里由于穿了个电阻电阻会分压所以这里的充满的电压是被电阻分压后的电容两端的电压这导致最后电容电压的趋近值不会接近电源峰值电压而是比它低的一个值。如下图8. 全波整流全波整流电路图如下其中这个ABCD四个二极管组成的部分叫做整流桥该结构很常用所以一些厂商直接把它做成了一个单独的成品也叫整流桥正半个周期时电流依次从A到B再到D点此时A点电势高所以它只能往C走再到负极。负半周期也是同理。全波整流把原本的负半周期的电流抬到了正半周期且电流被整流为直流电但是它的电压依然会来回波动在电压归零时灯泡依然会熄灭。同样我们可以利用电容进行滤波操作让电压稳定让灯泡一直亮给灯泡并联个电容电容容值依然是越大滤波效果越好。分析初始时电压开始升高灯泡亮起同时电容开始充电。峰值后电压开始下降此时由电容供电当电压到0后又会开始爬升当电源电压升高到电容电压时电容重新开始充电直到下次电压开始下降并低于电容电压开始新一轮电容放电。9. 容值识别有四种表示容值的方式。也不是所有电容都有标注容值与耐压值这就只能去查手册或看包装上有没有写了。第二种前两位表示数字后面表示加几个0单位是pF后面的字母表示精度要查表。第四种的单位为uF耐压值额定电压有可能直接标出来也可能以字母形式表示然后查第一位字母对应表中的电压值如C表示16V如果是2C就是160V3C就是1600V。26. 面包板面包板是一种不用焊接就可以快速搭建电子电路的实验板。我们在调试电路的时候可以把各种元器件插在上面使用免去焊接的繁琐操作。上面两行和下面两行叫做电源轨道区域①处这半行是正极并连通区域②这半行是负极并连通区域③这块是断开的即左半行右半行不连通其他轨道区域同理。而中间的这部分是按列连通的而相邻两列之间还不连通的中间区域也是被一分为二称为上下两个大部分的这两部分之间也是不连通的。这里是灯泡并联和灯泡串联的两个简单示例27. 右手定则用于获取通电导线产生的磁场方向描述的是电生磁。28. 法拉第电磁感应定律一般用X表示磁场方向指向屏幕里面用.表示磁场方向从里指向外面。描述的是磁生电。29. 楞次定律楞次定律用来判断因磁通量变化而产生的感应电流的方向。这里导线产生的磁场方向向绿色闭合回路里插入表示为X那感应电流方向必然就为.了用右手定则一握就知道感应电流方向了。这三个物理定律呈现递进关系电磁电磁先电生磁右手定则两种情况一种是通电直导线用大拇指指向电流方向一种是通电螺线管用四指指向电流方向生成的磁场引起闭合电路中生成电流是磁生电法拉第电磁感应定律然后在判断感应电流方向楞次定律。30. 电感器1. 概述电感器是一种将电能转换为磁能并可以将磁能存储起来的元器件。通电时这是个通电螺线管会产生磁场磁场从无到有就会有磁通量的变化于是会形成与电流方向相反的感应电流阻碍电流变大。断电时磁场从有到无磁通量也会变化会形成与电流方向相同的感应电流阻碍电流变小。即通电时有一部分电能转化为了磁能并存储起来断电时这部分磁能以感应电流的形式会再释放出来形成了一种“来拒去留”的现象。。2. 参数3. 通直流隔交流、感抗电感和电容的隔直流通交流的特性正好相反他对于直流没有阻碍作用因为直流电流大小不会改变自然不会造成磁通量的变化从而不会产生感应电流。而对于交流电电压一直在变化所以电流大小也一直会改变那么磁通量就会一直变化从而一直产生感应电流阻碍电流通过这就是感抗产生感应电流使交流电流变得很小当电感很大时甚至会造成电流完全无法通过。而当电流减小时又会产生感应电流阻止电流变小。而其实电感器对于直流电也是有一点阻碍作用的就是在关闭和开启电源开关的瞬间这时候有电流稳定时就没有感抗作用了而电源断开电路是断路感应电流可能会以空气为介质击穿空气释放电流电感器本身不能用作长时间储能。电感值和交流电频率均会影响感抗的大小4. 电感值识别①代码识别前两位表示数值后面一位表示要加0的个数单位一般是uH。对于两数字夹个字母的和前面一样依旧表示小数点。最后面的字母依旧表示精度依旧可以拿原来的精度表来用。②色环识别前两位表示有效数字第三位表示加0个数最后一位表示精度这里色环前两位依次是黄色、紫色对应是47第三个是棕色是加个0所以是470uH第四个色环为银色精度为10%。31. 电磁继电器1. 概览电磁继电器是一种电磁开关它能通过低电压低电流来控制高电压高电流的电路流通效果。比如这里的普通继电器默认装套下C与D是接触的其电路是导通的当需要断开C与D或相导通DE电路那就给电磁铁通电形成磁场吸引衔铁使CD断开而DE连接这样不用你直接接触高压电路会比普通开关更安全一些。普通继电器的缺点是当想要长时间保持CD断开或DE连通时需要一直给电磁铁通电这会加速电磁铁老化所以对于长期保持触点状态的场景比如小米智能开关一般用磁保持继电器当需要接通左边电路时给两个电磁铁加电流使他们都成为N极这样左边排斥右边吸引即可此时即使断开电磁铁的电流也没事永磁体仍然会吸引电磁铁的铁芯。2. 参数这里普通继电器的C就是常闭触点D就是转换触点E就是常开触点。32. 蜂鸣器1. 概述蜂鸣器是一种能够发出声音的电子元器件常用于警报音、提示音、音频信号输出等场景。下面有两个永磁铁和一个电磁铁永磁体磁性太小不足以吸引振动片加上通电的电磁铁后会把振动片吸弯如果给它的是方波电流先给电再断电它就会被来回吸弯和复原形成振动发出声音。2. 有源蜂鸣器和无源蜂鸣器有源蜂鸣器在内部已经设计集成好了振荡电路你只要给它输入稳定的直流电即可它内部的振荡电路会自己形成来回波动的电压使振动片来回振动发出声音但由于振动电路已经固定了所以能发出的声音音调也是固定的。无源蜂鸣器则需要你自己去提供振荡电压你自己可以通过控制电压的大小实现控制音调高低。3. 参数33. 半导体1. 概览2. 本征半导体硅原子有14个质子和14个电子电子分为3层最外层有四个电子一个硅原子可以和周围的四个硅原子通过最外层的四个电子形成共价键在某些情况如高温下共价键会断裂那么断裂处的电子就会逃逸四处流窜而原本该电子待的地方就叫做空穴。对于空穴而言它由于丢了一个电子就特别希望得到一个电子所以你可以将它等价的视为带正电对电子有一定吸引作用图中间的那个不动的电子就是被吸住了当它重新获得一个电子共价键就会重新形成该过程中也会持续有共价键断裂这是一个形成和断裂共价键同时存在的动态过程。本征即原本就有的特征这种无需添加其他成分只需自身的物理特性就能在外部条件刺激下从绝缘体变为导体的材料就称为本征半导体。这里不用深入了解价带和导带只需知道本征激发是在外部条件影响下材料内部形成电子空穴对的现象即可。3. N型半导体4. P型半导体5. PN结把 P 型半导体和 N 型半导体接在一起在它们交界处形成的特殊区域就叫 PN 结。N型半导体含很多自由电子P型则含很多空穴所以电子会自发的移向空穴在移动一定数量的电子后中间部分会形成一个内建电场阻止电子继续左移最终达到一个动态平衡可以理解为电子浓度差的扩散趋势带来的动力与内建电场这0.7V的斥力相当。该区域叫做“耗尽区/空间电荷区/势垒区”这里几乎没有自由载流子其电压与掺杂浓度等有关并不一定。如果接上电源给PN结施加一个与内建电场方向相反的电场就能抵消内建电场对电子移动的阻力。这里加了个0.35V的电压其电场方向是向右的可以认为电源正极会把电场区域电场左边的电子区域中0.35V数量级的电子都给吸过来电源负极会提供0.35V数量级的电子并推入N型半导体的空穴中此时内建电场被抵消了一部分那此时电子扩散浓度带来的动力就会大于电场的斥力平衡被打破此时就会有电流出现但是刚加电压时加一定电压带来的电流增幅是比较小的在伏安特性曲线上电流并不明显但是越往后加电压势垒被削弱越狠电流增幅就会越大即载流子浓度对电势变化呈指数关系。当电压达到0.7V内建电场会完全抵消如果再加一些电压那么此时电源会给电子提供移动的动力使整个回路形成电流且这个电流是比较大的我们就说PN结被导通了。可以理解为当电源电压与耗尽区的内建电场方向相反且大于内建电场电压此时电子就能跨过内建电场的势垒成功导通电路电流由P指向N。这种电源电场与内建电场方向相反的情况称为PN结的正向偏置电源正极接P电流由P指向N。如果反接电源会使得内建电场变大无法导通电路。这种电源电场与内建电场方向相同的情况称为PN结的反向偏置。PN结的伏安特性曲线二极管就是PN结的一种具体应用。34. 二极管1. 概述2. 整流二极管前面讲电容的时候就说过半波整流和全波整流把交流电变成直流电的过程就叫做整流整流方式包括半波整流、全波整流。他还有防反接的作用有些器件对电流方向敏感为了防止你把电源接反所以就可以加个二极管在接反电源时不导通电路。还有防倒灌的作用比如为了防止晚上没光的时候电池反过来给太阳能板供电就会加个二极管。3. 稳压二极管稳压二极管在正向偏置时几乎和普通二极管没区别但在反向偏置时电压轴没有波浪线这个波浪线意思是表示省略很多电压比如普通二极管可能要到1000V才能反向击穿所以稳压二极管的反向击穿电压会比普通二极管小很多。如下图给右侧电阻并联一个稳压值为6V的稳压二极管那么其左右两端的电势差就是6V再由下面的两点电势为0就可以推出整个电路的电流和电势。可以看出稳压二极管能保证与其并联的元件的电势差一定是其稳压值。稳压二极管利用的是其被反向击穿后的稳压特性所以要反接PS注意细节如果去掉限流电阻左图那稳压二极管及其并联的电路会被强行赋予12V的电压从上面稳压二极管的伏安特性曲线也能看出来如果电压超过其反向击穿电压Va后电流会迅速增大电压超过太多的话这会导致二极管被烧毁。如果二极管并联部分阻值太小右图会发现还按照刚刚的方法分析的话是自相矛盾的电路6A的电流比总电流3A还大而实际上稳压二极管并联的电阻其实只分到了4V的电压而不是6V所以压根没有达到稳压二极管的反向击穿电压那二极管这里就相当于断路反接且还没击穿。4. 发光二极管LED这俩效应一个是电生光一个是光生电对于发光二极管而言这俩效应一般是同时存在的。5. LED限流电阻的计算如下图如果给该LED用个2.5V的电源这显然已经超过了其正向压降了超了0.3V看它的伏安特性曲线可以看到此刻的电流超过了60mA这远远高于其20mA的正向电流会烧毁LED。所以这个限流电阻给多大咋计算这里有0.3V的电压冗余这里电阻和LED串联所以电流一样大拿0.3除以正向电流0.02就可算出来15Ω不过我们一般不直接用正向电流算而是比它小一些因为正向电流是二极管最大承受的电流其实它可能只要5mA就能亮了所以可以用0.3除以0.005得到电阻为60Ω这样可以使电流小一些延长LED寿命。当然用10mA也行35. 数码管数码管是由多个LED组成的 哪个8下面的那个点叫做dp所以这里是8个LED这种把所有LED的阳极正极接到一起的数码管就叫做共阳极数码管。如果我想要让B这段亮就把下面那里接正极B处接负极即可。共阴极数码管也是同理。如下图示例很明显A到DP共用一个引脚DGI结合二极管方向可知这是共阴极数码管看结构四个数字和DP的对应部分都是连在一起的如四个数字的A部分全部连在一起最终形成了8个引脚所有的A集中在11号引脚所有的DP集中在3号引脚为了方便对应数字和点的各具体LED名这里把下图的上半部分写成了A~DP而没写引脚号。如果想把红色部分亮起来只需要把B、C引脚接入正极DIG2引脚接入负极即可但更标准的说法是用电平即给B、C引脚一个高电平用1表示给DIG2引脚一个低电平用0表示即可这样由于高低电平之间会形成电流所以就表示把这段电路接通了同时其他引脚一般不会悬空所以除BC引脚之外的阳极引脚都给低电平除DIG2外的阴极引脚都给高电平。PS注意细节如果我想要显示如下图的1234是没法接电路的比如前两位数字我想控制第一位的C亮就给C一个高电平DIG1一个低电平想控制第二位的A亮就得给A一个高电平DIG2一个低电平但是此时第二位数字的C也必然会亮因为四个数字的C引脚共用DIG2也通了所以也会亮但这就不符合我想要的要求了。通过A~DP接入电路使数字8中的具体字母的二极管亮起的操作叫做“段选”通过接入DGI使具体哪个8亮起的操作叫做“位选”。实际上数码管是一位一位数字来亮的依靠人眼的视觉暂留效应实现切换很快以此类推。36. 点阵屏可以看出每一行的LED都是共阳极的每一列的LED又都是共阴极的。如果想显示下面的S我们一行一行接引脚发现也接不成先看第一行先让这俩LED亮就得给第一行高电平第4、5列低电平再看第二行得给第二行高电平第3、5列低电平但此时第一行第三列也必然会亮这不是我们想要的所以其实和数码管一样点阵屏也是用逐部分显示的操作来实现显示的这里的方式为逐行扫描一行一行显示利用人眼的视觉暂留让人看到东西。37. 三极管1. 概述三极管最经典的作用是当放大器用可以把微弱的电信号放大很多倍电流放大或电压放大。三极管由两个N型半导体和一个P型半导体组成上面的N型半导体更长且掺杂磷原子更少电子密度比下方的N型半导体更小。就是说如果只加一个大电流电源此时BC结反向偏置电场方向向下而B处的电势并不确定但B通常不会莫名其妙维持一个足以让 BE 结正向导通的电势那么就不会有大量电子进入P虽说即使没有达到导通电压也会有少量电流但这满足不了目的于是要加个小电流电源其目的就是为了给B施加一个能使BE结正向导通克服了其内建电场的电势的电势这样实现BE结的正向偏置使得大量电子能从E进入B电子进入B后有两种命运要么与B区的空穴复合要么被C收集而当电子与空穴复合这里就不再显电性但空穴不会一直减少电源正极会把复合后原子的电子再吸出来再次形成空穴这是一个动态过程所以说与空穴复合的那部分电子就是基极电流Ib的组成部分没与空穴复合的电子被C收集形成集电极电流IcIc与Ib有一个固定的放大倍率即Icβ(Ib)形成三极管的电流放大作用Ic与Ib之和就是发射极电流Ie。B 区做得很薄是为了让从 E 注入 B 的电子在还没有大量与空穴复合之前就能够到达 BC 结耗尽区然后被反向偏置电场迅速扫入 C 区随后通过外部电路进入电源正极形成集电极电流。如果你是直接把电源接在一个PN结的两端使其反向偏置确实不会有电流但这里可不是直接接在一个PN结上而是把电源一端接在一个PN接的N另一端接在另一个PN结的N上了所以可以通过电流三极管是存在导通压降的截止状态下三极管只有很小的漏电流没导通都快接近断路了所以压降很大甚至压降接近电源电压导通后三极管不是纯导线其自身依旧会对电流的阻碍压降会小很多但依旧存在。我们可以看出下面的N型半导体在发射电子上面的N型半导体在收集电子所以可以分别叫做发射极和集电极而中间的P型半导体叫做基极。你只需要先用一个小电流导通三极管就可以加个电源过大电流如果不想要大电流了可以直接把小电流撤掉即可。三极管电路符号如下这里be接的就是导通三极管的小电流ce接的是大电流这种两端是N型半导体的二极管就叫做NPN型三极管。同理也有PNP型三极管电源正负极反一下小电流先把三极管导通空穴把N型半导体填满再过大电流这里的发射极可以理解为发射的是空穴带正电的载流子。分辨三极管极性与类型箭头是电流先根据箭头由P指向N判断是NPN还是PNPNPN的e极是发射电子接收电流所以收电流的是发射极e剩余的发射电流的是c接大电源正极。NPN的e极是发射空穴发出电流所以发出电流的是发射极e剩余的接收电流的是c接大电源负极。2. 特点三极管有以下三种状态当不加那个小电流电源或该电源电压不足以导通be二极管时ce之间就没电流经过其实也不是没有因为这毕竟是俩二极管总会有很小的漏电流此时就称为截止状态。放大状态其实就是三极管的正常工作状态电流Ic的大小完全由Ib的大小来确定他俩有一个固定的放大倍率。Ic也不能无限变大因为这个大电流电源是有上限的当达到上限再增大IbIc也不会再变大了这就是饱和状态。三极管有两种状态一是开关即要么不加小电流让它处于截止状态要么加个足够大的小电流榨干外接电源让它处于饱和状态。二是放大把小电流放大到指定状态。38. MOS管1. 概述MOS管最经典的用途是用小信号控制大电流/大电压相当于一个“电子开关”给栅极G一个小电流就可以将三极管导通让大电流从小电流形成的沟道流出。2. N沟道增强型它的基本结构如下它由一个P型半导体衬底和两个N型半导体以及金属电极和绝缘层组成外面漏出三个引脚供你使用。使用时可以这么接栅极G接正极源极S接负极此时金属电极和P型半导体衬底就相当于电容的两块极片中间有绝缘层于是在电场作用下金属极板会充满正电荷右侧衬底会聚集大量电子这部分电子大部分来自电源负极从P型半导体右侧那个导线接入点进入小部分来自P型半导体它含有大量空穴的同时也含少量电子此时金属极板和右侧衬底就形成了一个电容在其充满电后G-S电路就不会再有电流经过这样这部分电子就像一座桥一样把上下两个N型半导体导通了这座桥就叫做N沟道不含两个N型半导体区域N代表Negative表示电子而之所以叫增强型N沟道意思是刚开始N沟道并不存在当给栅极施加足够大的电压后才建立的N沟道增强型表示的是这个从无到有的过程此时电流便可由漏极进入经过这座由N型半导体和电子区域构成的桥从源极回到电源负极所以栅极的作用其实就是导通MOS管。这里有两个N型半导体会天然形成两个PN结但是下面的那个与S极相连的PN结始终不会被导通S是直接与P相连的压根不会走它过。而与D极相连的PN结在电源反转使这个PN结正向偏置时某些应用场景下电流就会经过该PN结就能展现其二极管的特性而寄生的意思是这个二极管其实并不是主要设计目的只是该结构恰好形成的而已所以叫寄生二极管。电路图里那个二极管就是寄生二极管。ps其实不一定说引脚接正极还是负极很多时候只要有电势差就行。3. N沟道耗尽型N沟道耗尽型指的是N沟道本身就存在实现方法是在绝缘层中掺了一些正电荷从而吸引衬底也聚集了一些负电荷总之即使不加电源沟道也存在D和S极之间也是导通的。如果让G极接高电势S极接低电势那么电容依旧会形成金属极板上依旧会带正电右侧依旧会聚集更多的电子让沟道拓宽。如果让G极接低电势S极接高电势且电势差不算很大那么金属极板上会聚集一些电子把原本沟道的电子排斥出去一部分此时虽然依旧是导通状态但是导通没那么顺了。如果电势差继续增大并达到某个阈值就会把电子全排斥出去此时就不导通了。此时这个沟道由存在到不存在的过程正体现了“耗尽型”的含义。与增强型的电路图对比4. P沟道增强型5. P沟道耗尽型6. 快速分辨类型与极性如果给的图没有寄生二极管那就得具体分析电流方向了。输入电容即金属极板和P型半导体形成的电容容值它往往可以视为Cgs和Cgd的和Cgs是指g极和s极之间的等效电容Cgd是指g极和d极之间的等效电容因为实际上整个沟道的电子分布可能并不均匀工程上在进行电路分析时常需要单独描述g↔s和g↔d之间的电容关系就把整个电容拆分为了逻辑上的两部分方便分析拆分时不是按照沟道中点这样简单的一分为二而是分别观察“G 的电压发生变化时S 端和 D 端的电荷分别怎么变化”根据这种电压变化和电荷变化之间的关系把整个复杂的电容效应等效成 CGS 和 CGD。所以它不是把沟道里的电子真的分成两拨而是为了方便分析分别描述 G 和 S、G 和 D 之间的电容关系。输入电容会影响MOS管的开关时间一个MOS管可能在一秒内会进行上千次开关因为充放电时间会更长。7. 实操当开关闭合GS会导通形成电容效应此时MOS管导通电流从上往下让寄生二极管反偏发光二极管就亮了当断开开关如果没有加这个电阻这条路发光二极管依然会亮这是因为电容效应已经形成充电完成后断开电路其中的电荷也会依然存在所以MOS管依旧导通想再让MOS管关闭就得给它放电所以可以加电阻这条路这个电阻必须加不能是纯导线不然开关一闭合直接短路了电流过大可能会烧毁电源加上这条路线后断开开关时会形成回路正电荷就能被负极吸走实现放电。这个电阻阻值不能太小不然还是电路接近短路也不能太大否则放电太久影响MOS管关闭时间常选10KΩ左右但也不一定得具体情况具体分析。8. 与三极管对比39. 上拉与下拉1. 悬空假设单片机有一个输入脚P1.0这个脚现在什么都没接它就处于一种没人管它的状态这叫悬空。这时候 P1.0 可能一会儿是1一会儿又变成0因为周围的电磁干扰、人体靠近、电路中的杂散电容等都可能影响它。所以我们希望没人操作的时候规定它默认是 1 或者默认是 0。于是就有了上拉和下拉。2. 上拉上拉就是用一个电阻把某个引脚“往高电平 VCC 方向拉”。比如这个P1.0引脚咱们想给它一个默认高电位所以就通过一根电阻连接到VCC电源这样由于P1.0并没有接入外部电路并形成回路所以你可以理解为VCC到P1.0是连着的但后面就断了没形成回路所以P1.0这里的电势就几乎等于VCC的电势它的电势就被拉高了。VCC│电阻│└──── P1.0单片机的引脚那为什么要接个电阻而不直接用导线呢因为我们希望这个引脚既能被拉高又能被其他电路拉低。比如下图当按键没按下开关是断开的那么P1.0处电势仍为高电势当按下按键开关闭合VCC和GND之间就形成了完整回路而且该路径上只有一个电阻分压所以压降全由电阻承担所以电阻下方的电势就为0P1.0的电势当然为0被拉到了低电势而如果你换成导线不加电阻那按键按下后VCC和GND之间会之间短路直接烧毁板子。5V│电阻│├──── P1.0│按键│GND所以上拉想做的就是“我希望 P1.0 默认是 1但我又希望外部电路随时能够把 P1.0 拉成 0。”3. 下拉下拉就是用一个电阻把某个引脚“往低电平 GND 方向拉”。这里想默认给P1.0一个低电位用一个电阻连接P1.0和GND由于P1.0和GND直接连着所以它的电势就被固定为0V。接GND是必须的因为虽然没有电源但是P1.0处于悬空状态也会受环境影响出现波动的小电压│──── P1.0│电阻│GND那这里为什么需要电阻而不是直接用导线呢其实和上拉的道理一样我们希望这个引脚既能被拉低又能被其他电路拉高。如下图按键没按下开关断开P1.0自然为0V但是按下按键后VCC和GND又会短路烧坏板子所以依旧需要一个电阻控制电流大小。按下按键后P1.0电势就是那个黑点的电势仍旧约等于VCC即P1.0电势被拉高。VCC│按键│●──── P1.0│导线│GND所以下拉想做的就是“我希望 P1.0 默认是 0但我又希望外部电路随时能够把 P1.0 拉成 1。”4. 强/弱上拉、强/弱下拉强上拉/弱上拉描述的是上拉电路把节点维持在高电平的能力。弱上拉是指上拉电阻提供的上拉能力较弱强上拉是指上拉电阻提供的上拉能力较强而强弱并没有绝对的标准是相对而言的。比如我分别接两个上拉电阻一个100KΩ一个50KΩ下拉电阻均为10KΩ显然50KΩ的那个P1.0的电势更高即P1.0的电势被下拉的幅度更小抵抗下拉的能力更强所以可以说后者是强上拉前者是弱上拉。VCC 5V VCC 5V│ │R上拉100KΩ R上拉50KΩ│ │●──── P1.0 ●──── P1.0│ │R下拉10KΩ R下拉10KΩ│ │GND GND同理接两个下拉电阻一个10KΩ一个50KΩ再同样接一个50KΩ的上拉电阻显然10KΩ下拉电阻的电路中P1.0的电势更低即抵抗上拉的能力更强所以可以说前者是强下拉后者是弱下拉。VCC 5V VCC 5V│ │R上拉50KΩ R上拉50KΩ│ │●──── P1.0 ●──── P1.0│ │R下拉10KΩ R下拉50KΩ│ │GND GND总之上拉电阻越小通常上拉能力越强 下拉电阻越小通常下拉能力越强。建议结合51单片机9.5章节消化
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